Eş düzlemli kapasitif algılayıcı ile buz algılama

Soğutucu cihazlarda oluşan istenmeyen buzlanma, cihazın soğutma performansı ve verimli çalışması açısından oldukça önemlidir. Dondurucuda biriken buz kütlesi cihazın soğuk kısmı ile hava akışının temasını keserek, ısı transferini azaltır. Cihazın evaporator olarak adlandırılan en soğuk bölgenin buzla kaplanması, enerji verimliliğini olumsuz yönde etkilemektedir. Evaporator bölgesinin buz ile kaplanmasını engellemek için, bir ısıtıcı devreye girerek evaporator bölgesini ısıtır ve buzları eritir. Defrost olarak adlandırılan bu algoritmada, ısıtıcının aktif hale gelmesi zaman, sıcaklık ve cihaz kullanım parametrelerine bağlıdır. Kullanıcının cihazı kullanım sıklığına bağlı olarak, defrost algoritmasının aktifleşme zamanı ve aktif kalma süresi değişmektedir. Bu süreler algoritmanın tahmini olarak hesaplanıp, her buzlanma durumunu doğru olarak tespit edememektedir. Bu sebeple, bazı durumlarda evaporator bölgesi buzlanmadığı halde defrost algoritması, evaporator bölgesi sanki buzluymuş gibi ısıtıcıyı aktifleştirerek enerji tüketimini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu çalışmada, buzlanmayı algılayabilecek bir algılayıcı tasarımı ele alınmıştır. Farklı geometrilerde eş düzlemli kapasitif algılayıcı tasarımları ANSYS Maxwell yazılımı ile simulasyon ortamında tasarlanmış ve buz algılama durumu simüle edilmiştir. Algılayıcının yüzeyinde oluşan buzlanmayı algılamak için saçak etkisi alanları kullanılmıştır. Algılayıcıya çevre etmenlerden gelen gürültünün etkisini azaltmak ve gerçekçi buzlanmayı algılayabilmek için algılayıcının için arka yüzeyine kalkan (shield) uygulanmıştır. ANSYS Maxwell Yazılım'ı sonuçlarına göre belirlenen optimum algılayıcı geometrisi gerçeklenip, sinyal koşullama devresi ile ölçüm yapılmıştır. Algılayıcı ile sinyal koşullama devresi arasındaki kablonun, çevre etmenlerden gelen gürültüden etkilenmemesi için çift katmanlı ortak eksenli (coaxial) bir kablo grubu tasarlanmıştır. Sinyal koşullama devresinde, LM555 zamanlayıcı kullanılarak algılayıcının dolum süresi ölçülüp, zaman sabiti ile anlık kapasitans değeri ölçülmüştür. İstenmeyen durumları ortadan kaldırmak ve buzlanmanın yanlış algılanmasını önlemek için bir algoritma oluşturulmuştur. Sinyal koşullama devresinde kullanılan elemanların (direnç, zamanlayıcı vs.) toleranslarından kaynaklanan ölçüm belirsizliği göz önüne alınarak ve ölçüm modellemesine göre, ölçüm belirsizliği analizi yapılmıştır. Ayrıca, sinyal koşullama devresi tarafından yapılan her ölçüm sonucu, ardarda yapılan 30 adet ölçümün ortalaması olarak hesaplanmıştır.